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固定床生物质热解炭化系统设计与实验研究

作　者: 石海波
导　师: 陈文义
学　校: 河北工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 生物质炭化热解固定床
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着人口增长，工业化、现代化程度的不断加深，能源紧缺问题凸显。与此同时，煤、石油、天然气等矿产资源的燃烧造成的环境日益恶化给人们的身心均带来一定程度的影响。研究利用洁净、高效的可再生能源已成为全人类的共识。本论文所研究的固定床生物质热裂解炭化技术，是针对无污染、可再生、储量多的生物质能源开发利用的新兴工艺手段。该技术的基本原理是在隔绝氧条件下，加热生物质使其吸收热量，造成生物质内部大分子结构断裂，生成小分子化合物，并进一步转化为固体炭、可燃气、液态生物质油等生物质二次能源。通过该技术可将我国农村秸秆和城市废弃垃圾等储量丰富的生物质资源由低品位能源转化为无污染、易存储和运输的高品质能源。本课题在研究生物质热解炭化机理的基础上，针对华北山区生物质资源特性，设计高效能、适应性强的热解炭化反应设备，分析生物质热解炭化实验过程和结果，为提高生物质热解炭化生产的综合效益，充分发挥生物质能源开发利用价值提供指导。其主要研究内容和结果如下：（1）设计并搭建生物质热解炭化反应实验装置，以此装置进行不同炭化条件对生物质热解炭化过程及结果的影响研究。在实验基础上进一步完善炭化炉炉体设计和生物质热解工艺，以达到提高生物质炭产量和质量的目的。（2）实验过程中，通过调整棉秆物料的含水率、粒径以及颗粒升温速率、热解终温等各种工艺参数，寻找更优的生物质热解炭化工艺。结果表明：采用本实验棉秆热解炭化装置，以3℃/min的升温速率，达到460℃的热解终温时可得到最大产炭率35.8%。炭化原料粒径在10~15mm、含水率在5%~10%范围内，热解反应有更高的产炭率。（3）对不同热解工艺产出的生物质炭进行全水分、灰分、挥发分、固定碳含量测定和分析。结果表明：热解终温对生物质炭化过程和产炭品质有显著影响。随着热解终温的升高，棉秆炭全水分含量和挥发分含量逐渐降低，而相反灰分和固定碳含量逐渐升高。固定碳含量在520℃的热解终温时有最大值，可达到65.4%。在10℃/min以内的慢速热解条件下，生物质原料含水率、粒径以及热解反应速率等条件对生物质炭化产炭质量影响不大。超过该升温速率的炭化反应现象和结果有待进一步研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 生物质热解炭化技术  11-13
  1.3 生物质热解炭化反应设备  13-19
    1.3.1 窑式热解炭化炉  13-15
    1.3.2 固定床式热解炭化炉  15-18
    1.3.3 生物质热解炭化反应设备特点概述  18-19
  1.4 本文主要研究内容  19-21
    1.4.1 实验系统设计  20
    1.4.2 生物质炭化热解实验研究  20
    1.4.3 产物炭特性分析  20-21
第二章实验系统设计与实验方法  21-43
  2.1 实验系统  21-38
    2.1.1 炭化炉体设计  22-28
    2.1.2 两级净化器  28-30
    2.1.3 冷凝器  30-35
    2.1.4 温度测试装置  35-36
    2.1.5 风机的选型  36-38
  2.2 实验原料  38-39
  2.3 实验方法  39-41
    2.3.1 实验技术路线  39-40
    2.3.2 实验步骤  40-41
  2.4 本章小结  41-43
第三章实验结果分析  43-49
  3.1 炉内温度变化规律  43-44
  3.2 热解终温对产炭率的影响  44-45
  3.3 热解终温对产物成分的影响  45-46
  3.4 粒径对产炭率的影响  46-47
  3.5 含水率对产炭率的影响  47
  3.6 本章小结  47-49
第四章产炭特性分析  49-53
  4.1 生物质炭全水分含量测试  50
  4.2 生物质炭灰分含量测试  50-51
  4.3 生物质炭挥发分含量测试  51
  4.4 生物质炭固定碳含量测试  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章结论与展望  53-55
  5.1 全文总结  53-54
  5.2 不足与展望  54-55
参考文献  55-59
攻读学位期间所取得的相关科研成果  59-61
致谢  61

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